DE1279735B

DE1279735B - Stromverstaerkende sampling circuit for DC voltages

Info

Publication number: DE1279735B
Application number: DEST25639A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Ernst Muenter
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1966-07-14
Filing date: 1966-07-14
Publication date: 1968-10-10
Also published as: GB1131778A; US3522450A; DE1279735C2

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. CL:Int. CL:

H03kH03k

Deutsche KL: 21 al - 36/18 German KL: 21 al - 36/18

Nummer: 1279 735Number: 1279 735

Aktenzeichen: P 12 79 735.2-31 (St 25639)File number: P 12 79 735.2-31 (St 25639)

Anmeldetag: 14. Juli 1966 Filing date: July 14, 1966

Auslegetag: 10. Oktober 1968Opening day: October 10, 1968

Die Erfindung betrifft eine stromverstärkende Abtastschaltung für unsymmetrische oder symmetrische Gleichspannungen für η Eingangsleitungen, die wahlweise an eine Ausgangsleitung anschaltbar sind.The invention relates to a current-amplifying sampling circuit for asymmetrical or symmetrical DC voltages for η input lines, which can optionally be connected to an output line.

Einer solchen Abtastschaltung entspricht ein mechanischer Drehschalter oder ein Drehwähler. Bei diesen mechanisch bzw. elektromechanisch arbeitenden Anordnungen ist die Ausgangsspannung im allgemeinen gleich der Eingangsspannung, d. h., der ohmsche Widerstand der Schaltstrecke ist sehr klein. Eine elektronische Anordnung, die die gleiche Aufgabe erfüllen soll, wird einen Fehler verursachen, d. h., die Ausgangsspannung wird nicht genau der Eingangsspannung entsprechen. Dieser Fehler tritt unabhängig von der verwendeten Schaltung auf, wenn die schaltenden Elemente Halbleiter sind. Im Einzelfall ist dabei zufällig oder durch Abgleich eine mehr oder weniger gute Kompensation möglich.A mechanical rotary switch or rotary selector corresponds to such a scanning circuit. In these mechanically or electromechanically operating arrangements, the output voltage is generally equal to the input voltage; that is, the ohmic resistance of the switching path is very high small. An electronic arrangement intended to perform the same task will cause an error, d. that is, the output voltage will not exactly match the input voltage. This error occurs regardless of the circuit used, if the switching elements are semiconductors. in the In individual cases, a more or less good compensation is possible by chance or by comparison.

Bei der Abtastschaltung handelt es sich demnach um eine Schaltung aus der Analogtechnik, die aber in digitaler Weise gesteuert wird.The sampling circuit is therefore a circuit from analog technology, but the is controlled in a digital manner.

Aus dem Stand der Technik sind im wesentlichen zwei Arten zur elektronischen Gleichspannungsein/ausschaltung bekannt. Die erste bekannte Schaltung enthält vier Dioden in Graetzschaltung, bei der an zwei gegenüberliegenden Verbindungspunkten der Diode Spannungen zugeführt werden und bei der die beiden anderen Verbindungspunkte der Dioden die Schaltstrecke darstellen. Durch Wahl der zugeführten Spannungen kann erreicht werden, daß entweder alle vier Dioden leiten und damit die Schaltstrecke durchgeschaltet ist oder daß alle vier Dioden sperren. Es gibt auch Schaltungen mit nur zwei Dioden, die aber schlechtere Eigenschaften aufweisen. There are essentially two types of electronic DC voltage switching on / off from the prior art known. The first known circuit contains four diodes in a Graetz circuit, in which voltages are supplied to two opposite connection points of the diode and at the the other two connection points of the diodes represent the switching path. By choosing the supplied Voltages can be achieved that either all four diodes conduct and thus the Switching path is switched through or that all four diodes block. There are also circuits with only two diodes, but they have poorer properties.

Die zweite bekannte Art zur Gleichspannungsdurchschaltung ist in der USA.-Patentschrift 2 962 603 beschrieben. Sie verwendet zwei invers betriebene Transistoren. Dabei sind die Kollektoren der beiden Transistoren direkt und die Basen über Widerstände miteinander verbunden. Der Emitter des einen Transistors ist die Eingangs- und der Emitter des anderen Transistors die Ausgangsklemme. Zwischen dem Verbindungspunkt der beiden Kollektoren und dem Verbindungspunkt der beiden Widerstände liegt die Sekundärwicklung eines Übertragers, über den die gesamte Anordnung gesteuert wird. Wenn die beiden Kollektorbasisdioden in Durchlaßrichtung betrieben werden, steuern die Transistoren durch, und es kann Strom von der Eingangs- zur Ausgangsklemme fließen. Die Span-Stromverstärkende Abtastschaltung für
GleichspannungenThe second known type of DC voltage switching is described in US Pat. No. 2,962,603. It uses two inversely operated transistors. The collectors of the two transistors are connected directly and the bases are connected to one another via resistors. The emitter of one transistor is the input terminal and the emitter of the other transistor is the output terminal. Between the connection point of the two collectors and the connection point of the two resistors is the secondary winding of a transformer, via which the entire arrangement is controlled. When the two collector base diodes are operated in the forward direction, the transistors turn on and current can flow from the input to the output terminal. The span current amplifying sampling circuit for
DC voltages

Anmelder:Applicant:

Standard Elektrik Lorenz Aktiengesellschaft,
7000 Stuttgart-Zuffenhausen,
Hellmuth-Hirth-Str. 42Standard Elektrik Lorenz Aktiengesellschaft,
7000 Stuttgart-Zuffenhausen,
Hellmuth-Hirth-Str. 42

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Dipl.-Ing. Ernst Munter, 7015 KorntalDipl.-Ing. Ernst Munter, 7015 Korntal

nungsabfälle heben sich im Idealfall auf. Die Ansteuerung über einen Transformator ist erforderlich, weil sonst die Stromsymmetrie gestört würde. Für diese Schaltung sind auch spezielle Transistoren entwickelt worden, bei denen in die Basis zwei Emitter eindiffundiert sind.Ideally, waste is saved. Control via a transformer is required because otherwise the current symmetry would be disturbed. Special transistors have also been developed for this circuit in which two emitters have diffused into the base.

Alle diese bekannten Schaltungen sind hinsichtlich der Genauigkeit der übertragenen Gleichspannung oder des Eingangswiderstandes oder der Geschwindigkeit oder der Verlustleistung nicht befriedigend.All of these known circuits are concerned with the accuracy of the transmitted DC voltage or the input resistance or the speed or the power dissipation is unsatisfactory.

Mit der Erfindung wird ein Gleichspannungsabtaster angegeben, der genauer und schneller arbeitet als die bekannten Schaltungen und der außerdem einen höheren Eingangswiderstand und eine geringere Verlustleistung aufweist. Unter »genau« wird hierbei bei einer von Eins verschiedenen Verstärkung auch die Konstanz der Verstärkung verstanden.The invention provides a DC voltage scanner that is more accurate and faster works than the known circuits and also has a higher input resistance and has a lower power loss. "Exactly" means different from one for one Reinforcement also understood the constancy of reinforcement.

Die Erfindung ist gekennzeichnet durch einen Transistor-Differenzverstärker, bei dem die erste der beiden Stufen η mal und die zweite der beiden Stufen einmal vorgesehen ist, und dadurch, daß jeweils nur eine der η ersten Stufen angeschaltet ist, daß als erste der beiden Stufen die nicht invertierenden Eingänge des Differenzverstärkers verwendet werden, daß — bei Betrachtung nur jeweils einer ersten Stufe des Differenzverstärkers — die Emitter der beiden Stufen über entgegengesetzt gepolte Dioden zusammengeschaltet sind, an deren Verbindungspunkt eine Urstromquelle liegt, auf deren Eingang die Steuerspannung gegeben wird, und daß der Kollektor der zweiten der beiden Stufen des Differenzverstärkers ebenfalls von einer Urstromquelle gespeist wird und daß die Urstromquellen so ausgelegt sind, daß die Ströme das Verhältnis 2:1The invention is characterized by a transistor differential amplifier in which the first of the two stages η times and the second of the two stages is provided once, and in that only one of the first η stages is switched on, that the first of the two stages is the non-inverting inputs of the differential amplifier are used that - when considering only a first stage of the differential amplifier - the emitters of the two stages are connected via oppositely polarized diodes, at the connection point of which there is a primary current source, to whose input the control voltage is given, and that the Collector of the second of the two stages of the differential amplifier is also fed by a primary current source and that the primary current sources are designed so that the currents have a ratio of 2: 1

809 620/441809 620/441

haben und daß bei den η Stufen im Ruhezustand das Steuereingang für diese Urstromquelle ist mit L1and that at the η steps in the idle state the control input for this primary current source is with L1

Potential des Verbindungspunktes der Dioden so bezeichnet. Weiter ist in der Kollektorleitung desPotential of the connection point of the diodes so called. Next is in the collector line of the

weit angehoben wird, daß die beiden Dioden sperren. Transistors T1 eine zweite Urstromquelle Q 0 vor-is raised far that the two diodes block. Transistor T 1 has a second primary current source Q 0

Besonders günstige Eigenschaften der Abtast- gesehen. Die Schaltung ist nun so bemessen, daß dieParticularly favorable properties of the scanning seen. The circuit is now dimensioned so that the

schaltung ergeben sich, wenn der Differenzverstärker 5 Summe der Ströme in den Emittern von T11 undcircuit result when the differential amplifier 5 sum of the currents in the emitters of T 11 and

eine Rückkopplung enthält und wenn der Differenz- T1 konstant und gleich dem Strom ist, der durchcontains feedback and when the difference T 1 is constant and equal to the current passing through

Verstärker mit Urstromquellen betrieben wird. die Stromquelle Q1 fest eingestellt ist. Der StromAmplifier is operated with primary sources. the current source Q 1 is fixed. The current

Die Erfindung wird nun an Hand der Figuren durch den Transistor T1 ist ebenfalls fest gegeben,The invention is now given with reference to the figures by the transistor T 1 is also firmly given,

beispielsweise näher erläutert. Es zeigt und zwar durch die Stromquelle Q 0 im Kollektor-for example explained in more detail. It shows through the current source Q 0 in the collector

Fig. 1 die Gesamtschaltung des Abtasters, i° kreis. Der Strom von Ql wird nun so eingestellt,Fig. 1 shows the overall circuit of the scanner, i ° circle. The current of Ql is now set so that

Fig. 2 eine Realisierungsmöglichkeit für die Ur- daß er doppelt so groß ist wie der Strom von QO.2 shows an implementation possibility for the fact that it is twice as large as the current of QO.

Stromquelle Q 0, Dadurch wird erreicht, daß die Transistoren T11Current source Q 0, This ensures that the transistors T 11

Fig. 3 eine erste Realisierungsmöglichkeit zum und Tl sowie die Dioden D11 und D12 denFig. 3 shows a first implementation possibility for and Tl and the diodes D 11 and D12

Abschalten der nicht verwendeten Eingangsstufen, gleichen Strom führen. Bei gleichen EigenschaftenSwitch off the unused input stages, carry the same current. With the same properties

Fig. 4 eine zweite Möglichkeit zum Abschalten 15 der Transistoren untereinander und der Dioden4 shows a second possibility for switching off 15 the transistors from one another and the diodes

der nicht verwendeten Eingangsstufen. untereinander ist also der Spannungsunterschiedthe unused input stages. between each other is the voltage difference

Bei der in Fig. 1 gezeigten Abtastschaltung ist es zwischen El und Cl gleich dem Spannungsunterzweckmäßig, zunächst nur den Differenzverstärker schied zwischen A und Cl, wenn Rl gleich Null an sich zu betrachten und dann zu erläutern, daß die gemacht wird. Durch Einschalten von R1 kann der eine Stufe des Differenzverstärkers η mal vor- 2° Fehler kompensiert werden, der dadurch entsteht^ handen ist. daß der Basisstrom von T11 am InnenwiderstandIn the sampling circuit shown in Fig. 1, it is unsuitable between El and Cl equal to the voltage, initially only the differential amplifier differentiated between A and Cl, if Rl is equal to zero to consider and then to explain that this is done. By switching on R1 , one stage of the differential amplifier can be compensated for η times the error that arises as a result. that the base current of T 11 at the internal resistance

Der Differenzverstärker besteht demnach nach der abgetasteten Spannungsquelle einen Spannungs-The differential amplifier therefore consists of a voltage after the sampled voltage source

Fig. 1 aus einem ersten Transistor, z.B. TU, und abfall hervorruftFig. 1 from a first transistor, for example TU, and causes drop

einem zweiten Transistor Γ1. Dem zweiten Tran- Der Transistor Γ 2 dient dazu, den Basisstrom vona second transistor Γ1. The second tran- The transistor Γ 2 is used to control the base current of

sistor, dessen Ausgang mit B bezeichnet ist, ist ein 25 Γ1 bereitzustellen sowie dazu, die Ausgangsklemmesistor, the output of which is labeled B , a 25 Γ1 must be provided as well as the output terminal

weiterer Transistor Γ 2 nachgeschaltet. An dessen niederohmig zu halten. Er kann auch durch einefurther transistor Γ 2 connected downstream. To hold on to its low resistance. He can also go through a

Emitter ist die Ausgangsklemme A angeschlossen. Diode oder durch einen nicht invertierenden Ver-The output terminal A is connected to the emitter. Diode or by a non-inverting

Außerdem ist ein Rückkopplungsweg von A über stärker ersetzt werden, wobei die Anode der DiodeThere is also a feedback path from A via stronger to be replaced, the anode being the diode

den Widerstand Al zur Basis des Transistors Γ1 bzw. der Eingang des Verstärkers an B, die Kathodethe resistor Al to the base of the transistor Γ1 or the input of the amplifier at B, the cathode

vorgesehen. 30 der Diode bzw. der Ausgang des Verstärkers an A intended. 30 the diode or the output of the amplifier at A

Bei diesem Differenzverstärker handelt es sich um angeschlossen werden.This differential amplifier is about to be connected.

die Gegentakt-Eingangsstufe eines Verstärkers, der An Stelle der betrachteten einen Stufe desthe push-pull input stage of an amplifier, the one stage of the instead of the considered

zwei Eingänge hat, die auf eine von zwei Ausgangs- Differenzverstärkers ist nun diese Stufe insgesamthas two inputs that lead to one of two output differential amplifiers, this stage is now total

klemmen bezogen gegensinnig wirken. Eine solche η mal vorgesehen, so daß sich die η Eingänge El clamp related act in opposite directions. Such η times provided so that the η inputs El

Stufe hat die Eigenschaft, die Differenz zwischen 35 bis En ergeben. Gemäß der zu lösenden AufgabeLevel has the property to give the difference between 35 to En . According to the task to be solved

zwei Spannungen, die an den Eingängen liegen, zu muß man-die Ansteuerung so auslegen, daß immertwo voltages, which are at the inputs, one has to design the control so that always

verstärken. Im Idealfall ist dabei die Größe der nur eine der ersten Stufen angeschaltet ist. Zurstrengthen. Ideally, this is the size that only one of the first stages is switched on. To the

einzelnen Spannungen ohne Einfluß, nur die Steuerung der einzelnen Eingänge bzw. der gesamtenindividual voltages without influence, only the control of the individual inputs or the entire

Differenz wirkt. Anordnung weisen die UrstromquellenQl... Qn Difference works. The original current sources Ql ... Qn have an arrangement

Werden beide Ausgänge eines derartigen symme- 40 SteuereingängeL1...Lη auf, auf die Signale ge-If both outputs of such a symmetrical 40 control inputs L1 ... Lη open to the signals

trisch aufgebauten Verstärkers benützt, so spricht eigneter Polarität gegeben werden,trically constructed amplifier is used, so speaks appropriate polarity are given,

man von einem Gegentaktverstärker. Im vorliegen- Fig. 2 zeigt eine Realisierungsmöglichkeit für diefrom a push-pull amplifier. In the present- Fig. 2 shows a possible implementation for the

den Falle ist jedoch nur die Eingangsstufe als Urstromquelle Q 0 mit dem Transistor Γ 3 und denthe case, however, is only the input stage as the primary current source Q 0 with the transistor Γ 3 and the

Gegentaktstufe aufgebaut, und es wird nur ein Aus- Widerständen R 3, R 4 und RS. Push-pull stage built up, and there is only one off resistors R 3, R 4 and RS.

gang, nämlich der Punkts, verwendet. Von diesem 45 Zum An- bzw. Abschalten der Eingangsstufengang, namely the point, is used. From this 45 to switch the input stages on and off

Ausgang wird auf einen Eintaktverstärker über- zeigt F i g. 3 eine erste Möglichkeit Gemäß dieserThe output is transferred to a single-ended amplifier. F i g. 3 a first possibility according to this

gegangen, der in Fig. 1 ein Emitterfolger ist. Die Figur wird beim Anlegen einer positiven Spannunggone, which in Fig. 1 is an emitter follower. The figure becomes when a positive voltage is applied

gesamte Anordnung stellt also einen Verstärker dar, an Ln der Schaltertransistor Tn 3 gesperrt, so daßThe entire arrangement thus represents an amplifier, the switch transistor Tn 3 blocked at Ln , so that

dessen Eingangsteil nach Art eines Gegentakt- der Stromquellentransistor Tn 2 keinen Basisstromthe input part of which, in the manner of a push-pull, the current source transistor Tn 2 does not have a base current

Verstärkers aufgebaut ist, der jedoch nur einen Aus- 50 mehr erhält und ebenfalls gesperrt ist In diesemAmplifier is built, but only receives one more output and is also blocked in this

gang hat. Eine Spannungsänderung im positiven Sinn Falle wird also die Urstromquelle abgeschaltet,has gear. A voltage change in the positive sense of the word means that the primary current source is switched off,

an dem einen Eingang wird also am Ausgang eine Nach Fig.4 wird beim Anlegen einer großenAt the one input there is thus at the output a

Spannungsänderung im negativen Sinn hervorrufen. positiven Spannung an Ln das Potential des PunktesCause tension change in the negative sense. positive voltage at Ln the potential of the point

Dies ist der invertierende Eingang. Dieselbe Span- Cn so weit angehoben, daß die DiodenDnI undThis is the inverting input. The same span Cn raised so far that the diodes DnI and

nungsänderung im positiven Sinn am anderen nicht 55 Dn2 sperren.Do not block change of voltage in the positive sense on the other 55 Dn2.

invertierten Eingang ruft eine Spannungsänderung In den Anordnungen nach den Fig.3 und 4 ist am Ausgang ebenfalls im positiven Sinn hervor. Es eine inaktive Eingangsklemme JE η nur über Sperrist ersichtlich, daß bei der vorliegenden Schaltung schichten von Transistoren und Dioden mit den der Ausgang mit dem invertierenden Eingang ver- festen Potentialen verbunden. Verwendet man gebunden ist. Diese Verbindung kann auch über einen 60 eignete Bauelemente, kann ein extrem hoher Sperr-Spannungsteiler erfolgen, was eine Spannungs- eingangswiderstand erreicht werden (100 ΜΩ\. und verstärkung von Punkt £ zu Punkt .4 ergibt. größer).inverted input causes a voltage change. In the arrangements according to FIGS. 3 and 4, the output also produces a positive effect. There is an inactive input terminal JE η only via blocking. It can be seen that in the present circuit layers of transistors and diodes are connected to the fixed potentials between the output and the inverting input. Uses one is bound. This connection can also be made via a suitable component, an extremely high reverse voltage divider, which results in a voltage input resistance (100 ΜΩ \. And gain from point £ to point .4. Greater).

Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß die Emitter der Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Ab-From Fig. 1 it can be seen that the emitters of the

beiden Transistoren des Differenzverstärkers nicht tasters ist darin zu sehen, daß durch entsprechendetwo transistors of the differential amplifier not button can be seen in that by corresponding

direkt miteinander, sondern über entgegengesetzt ge- 65 Ausbildung der Urstromquellen Ql. ..Qn unddirectly with one another, but via opposing 65 formation of the primary current sources Ql. ..Qn and

polte Dioden D11 und D12 miteinander verbunden deren An- und Abschaltung der Stromverbrauch derPole diodes D 11 and D 12 connected to each other whose switching on and off the power consumption of the

sind. Am Verbindungspunkt C1 der beiden Dioden inaktiven Eingänge (alle, bis auf einen) praktischare. Practical at the connection point C1 of the two diodes inactive inputs (all but one)

ist eine schaltbare Urstromquelle angeschlossen. Der Null wird und daß dadurch selbst bei einer großena switchable primary current source is connected. That becomes zero and that even with a large one

Anzahl von Eingängen der Gesamtstromverbrauch der Schaltung klein bleibt. Dies ist besonders wichtig bei Fernmeßanlagen für Raumfahrzeuge.Number of inputs the total power consumption of the circuit remains small. This is especially important in telemetry systems for spacecraft.

Die Genauigkeit der bisher beschriebenen Abtastschaltung wird dadurch bestimmt, inwieweit die Eigenschaften der Transistoren T11 mit den Eigenschaften des Transistors T1 übereinstimmen. Eine symmetrische Schaltung entsteht, wenn beide Klemmen der zu übertragenden Eingangsspannungen an je einem Gleichspannungsabtaster gemäß der Erfindung liegen und wobei der Ausgang der Schaltung aus den Ausgangsklemmen der beiden Gleichspannungsabtaster besteht. Bei dieser Art der Schaltungsausführung kann eine hohe Genauigkeit besonders leicht erzielt werden, da die entsprechenden Halbleiterbauelemente der beiden Abtaster nur paarweise übereinstimmen müssen. Mit der symmetrischen Ausführung können auch erdfreie Spannungen übertragen werden.The accuracy of the sampling circuit described so far is determined by the extent to which the Properties of the transistors T11 match the properties of the transistor T1. One symmetrical circuit occurs when both terminals of the input voltages to be transmitted are connected each are a DC voltage sampler according to the invention and wherein the output of the circuit consists of the output terminals of the two DC voltage sensors. With this type of Circuit design, a high level of accuracy can be achieved particularly easily, since the corresponding Semiconductor components of the two scanners only need to match in pairs. With the symmetrical Version, floating voltages can also be transmitted.

2020th

Claims

Patent claims:

1. Current-amplifying sampling circuit for asymmetrical or symmetrical DC voltages for η input lines, which can optionally be connected to an output line, characterized by a transistor differential amplifier in which the first of the two stages «times (TIl to TnI) and the second of the two stages once ( Tl) is provided, and in that only one of the η first stages is switched on, that the non-inverting inputs of the differential amplifier are used as the first of the two stages, that - when only one first stage of the differential amplifier is considered - the emitters of the two Stages are connected together via oppositely polarized diodes (DIl; D12 to DnI; DnI) , at the junction of which there is a primary current source (Ql to Qn) , to whose input (Ll to Ln) the control voltage is given and that the collector of the second of the two stages of the differential amplifier is also fed by a primary current source (ßO) and that the primary current qu ellen (gO and Qn) are designed so that the currents have the ratio 2: 1 and that at the η stages in the idle state the potential of the connection point of the diodes is raised so far that the two diodes (DnI; Block Dn 2).

2. Sampling circuit according to claim 1, characterized in that the second of the two stages (T ¹ I) is followed by an amplifier stage (T 2) from which the output signal is removable and which is fed back to the upstream stage (Tl).

3. Sampling circuit according to claim 1 or 2, characterized in that the switching off of the η stages in the idle state by switching off the primary current sources (Ql to Qn) takes place (Fig. 3).

4. Sampling circuit for asymmetrical voltages, characterized by the use of two sampling circuits according to claims 1 to 3.

1 sheet of drawings